JP2023092331A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続溶接の始端部および終端部への応力集中を軽減し、十分な接合強度を確保することが可能なレーザ溶接方法を提供すること。【解決手段】第１位置６よりも連続溶接の進行方向において手前側の所定の始点８から、第２位置７よりも連続溶接の進行方向において奥側の所定の終点９までの加工前溶接ビード１３を形成し、第１の母材１および第２の母材２を、厚み方向に貫通するとともに、加工前溶接ビード１３の始点８の側の第１端部１３１を取り除く第１の丸穴４と、第１の母材１および第２の母材２を、厚み方向に貫通するとともに、加工前溶接ビード１３の終点９の側の第２端部１３２を取り除く第２の丸穴５と、を設けること、加工前溶接ビード１３は、第１端部１３１および第２端部１３２が取り除かれることで、第１位置６から第２位置７までの溶接ビード３になること。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の母材と第２の母材との重なった部分において、第１の母材または第２の母材の側からレーザを照射する連続溶接により、所定の第１位置から所定の第２位置まで溶接ビードを形成することで、第１の母材と第２の母材とを重ね継手溶接するレーザ溶接方法に関するものである。

従来、鉄道車両の構体等を構成する構造物には、板状の部材（以下、単に板材という）同士が重ね合わされ接合されるものが含まれている。板材同士の接合は、例えば、特許文献１に開示されるように、板材同士の重なった部分において、レーザを用いた連続溶接により行うことが一般的である。

特開２０１２－２１９８８６号公報

例えば、図１１に示すように、板材としての第１の母材１と第２の母材２を重ね合わせ、長手方向に沿った矢印Ｙの方向に、所定の始点位置９１から所定の終点位置９２までの間で、レーザ溶接を行ったとする。なお、所定の始点位置９１および所定の終点位置９２とは、第１の母材１と第２の母材２の接合部分の強度確保に必要な溶接長Ｌ１１を得ることが可能な、レーザ溶接の始点位置および終点位置である。レーザ溶接により第１の母材１と第２の母材２とが接合された部分、すなわち溶接ビード９３は、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して平行に延伸した線状に形成されている。また、このレーザ溶接は貫通溶接であり、溶接ビード９３は、母材１，２の厚み方向において、第１の母材１の表面から第２の母材２の裏面まで形成されているものとする。

このように、第１の母材１と第２の母材２とを接合した場合において、第１の母材１と第２の母材２に対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して直交する方向と平行な方向において、相互に離間する方向に引張り力が働くとすると、溶接ビード９３に対して、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して直交する方向と平行な方向に荷重が負荷される。この場合、溶接ビード９３の全長で荷重を受けることができるため、溶接長Ｌ１１の長さに応じた強度を確保することが可能である。

一方で、第１の母材１と第２の母材２に対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向において、相互に離間する方向に引張り力が働くとすると、溶接ビード９３に対して、連続溶接（矢印Ｙ）の進行方向と平行な方向に荷重が負荷される。すると、溶接ビード９３の、延伸方向における両端部（始点位置９１の近傍および終点位置９２の近傍）に応力集中が起こってしまう。

例えば、図１２は、第１の母材１と第２の母材２に対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向において、相互に離間する方向に引張力が働いたことを想定したＣＡＥ解析の結果を示す図である。具体的には、第１の母材１は、第２の母材２と接合されている側とは反対側の端部を把持された状態で矢印Ｆ１１に示す方向に引張荷重を負荷され、第２の母材２は、第１の母材１と接合されている側とは反対側の端部を把持された状態で矢印Ｆ１２に示す方向に引張荷重を負荷された場合を想定しており、引張荷重は５ｋＮである。この引張荷重は、鉄道車両の構体等を構成する骨部材に負荷される荷重を想定したものである。また、図１３は、溶接ビード９３部分のＣＡＥ解析結果を示すための、図１２のＦ矢視図である。図１４は、図１２の部分Ｇの部分拡大図である。ＣＡＥ解析結果における矢印の向きは、応力の方向を示しており、矢印の濃淡によりその応力値が示されている。

このＣＡＥ解析の結果、溶接ビード９３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部（始点位置９１の近傍および終点位置９２の近傍）に、応力が集中することが示された。例えば、図１３に示すように、溶接ビード９３の終点位置９２側の端部に、せん断応力の最大値２７８．８ＭＰａ、引きはがし応力の最大値８９．１ＭＰａ、長手方向応力の最大値４５．４ＭＰａが示されている。さらに、図１４に示すように、第１の母材１の、溶接ビード９３の終点位置９２近傍に、主応力の最大値３８６ＭＰａが示されている。

一般的に、溶接ビード９３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部は先細りした形状となっており、最も強度が弱い部分である。このため、上に説明したように、溶接ビード９３の端部に荷重が集中すると、第１の母材１と第２の母材２の接合部分の破断の起点となるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、レーザ溶接により形成される溶接ビードに対し、連続溶接の進行方向と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、連続溶接の始端部および終端部への応力集中を軽減し、十分な接合強度を確保することが可能なレーザ溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接方法は、次のような構成を有している。
（１）第１の母材と第２の母材との重なった部分において、前記第１の母材または前記第２の母材の側からレーザを照射する連続溶接により、所定の第１位置から所定の第２位置まで溶接ビードを形成することで、前記第１の母材と前記第２の母材とを重ね継手溶接するレーザ溶接方法において、前記第１位置よりも前記連続溶接の進行方向において手前側の所定の始点から、前記第２位置よりも前記連続溶接の進行方向において奥側の所定の終点まで前記連続溶接を行うことで、前記始点から前記終点までの加工前溶接ビードを形成し、前記第１の母材および前記第２の母材を、厚み方向に貫通するとともに、前記加工前溶接ビードの前記始点の側の第１端部を取り除く第１の略円形穴と、前記第１の母材および前記第２の母材を、厚み方向に貫通するとともに、前記加工前溶接ビードの前記終点の側の第２端部を取り除く第２の略円形穴と、を設けること、前記加工前溶接ビードは、前記第１端部および前記第２端部が取り除かれることで、前記第１位置から前記第２位置までの前記溶接ビードになること、を特徴とする。なお、所定の第１位置および所定の第２位置とは、第１の母材と第２の母材の接合部分の強度確保に必要な溶接長（溶接ビードの長さ）を得るために、任意に定められる位置である。また、略円形穴とは、例えば、丸穴や楕円状の穴であり、穴の内周に角部がないものを意味する。

（１）に記載のレーザ溶接方法によれば、第１位置よりも連続溶接の進行方向において手前側の所定の始点から、第２位置よりも連続溶接の進行方向において奥側の所定の終点まで連続溶接を行うことで、第１の母材と第２の母材の接合部分の強度確保に必要な溶接長（溶接ビードの長さ）よりも長さの長い加工前溶接ビードを得られる。そして、加工前溶接ビードの、連続溶接の進行方向における両端部（第１端部および第２端部）は先細りした形状となり、最も強度が弱い部分である。この部分を、第１の母材および第２の母材を貫通する第１の略円形穴および第２の略円形穴により取り除くことで、所定の第１位置から所定の第２位置までの溶接ビードが形成される。最も強度が弱い部分が取り除かれた状態で、溶接ビードが形成されるため、溶接ビードに連続溶接の進行方向と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、十分な接合強度を確保することが可能である。

また、溶接ビードの連続溶接の進行方向における両端部に負荷される荷重は、第１の略円形穴および第２の略円形穴により分散されるため、溶接ビードの連続溶接の進行方向における両端部（第１位置および第２位置）への応力集中が緩和される。よって、溶接ビードに連続溶接の進行方向と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、十分な接合強度を確保することが可能である。

（２）（１）に記載のレーザ溶接方法において、前記第１の母材および前記第２の母材のそれぞれは、前記連続溶接の進行方向に対して平行に延伸するリブを、少なくとも１つ備えること、を特徴とする。

（３）（２）に記載のレーザ溶接方法において、前記第１の母材および前記第２の母材のそれぞれは、連続溶接の進行方向に直交する方向の両端部に、前記リブを備え、断面コの字形に形成されていること、を特徴とする。

例えば、接合された第１の母材と第２の母材に対し、連続溶接の進行方向と平行な方向において、相互に異なる方向に引張り力が働いた場合、第１の母材および第２の母材には、接合された部分を中心に、曲げモーメントが働く。これにより、第１の母材および第２の母材は、曲がろうとし、溶接ビードに荷重が負荷される。（２）または（３）に記載のレーザ溶接方法によれば、第１の母材および第２の母材のそれぞれが、連続溶接の進行方向に対して平行に延伸するリブを備えることで、第１の母材および第２の母材の、曲げに対する強度が確保される。これにより、溶接ビードに負荷される荷重を緩和することが可能である。

本発明のレーザ溶接方法によれば、レーザ溶接により形成される溶接ビードに対し、連続溶接の進行方向と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、連続溶接の始端部および終端部への応力集中を軽減し、十分な強度を確保することが可能である。

第１の母材と第２の母材とを、本実施形態に係るレーザ溶接方法を用いて接合した状態を示す図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１の母材と第２の母材とを接合するための工程について説明する図である。 第１の母材と第２の母材に対し、連続溶接の進行方向と平行な方向において、相互に離間する方向に引張力が働いたことを想定したＣＡＥ解析の結果を示す図である。 溶接ビード部分のＣＡＥ解析結果を示すための、図４のＢ矢視図である。 図４の部分Ｃの部分拡大図である。 第２の実施形態について説明する図である。 第１の母材と第２の母材に対し、連続溶接の進行方向と平行な方向において、相互に離間する方向に引張力が働いたことを想定したＣＡＥ解析の結果を示す図である。 溶接ビード部分のＣＡＥ解析結果を示すための、図８のＤ矢視図である。 図８の部分Ｅの部分拡大図である。 従来技術に係るレーザ溶接方法により、第１の母材と第２の母材を接合した状態を示す図である。 第１の母材と第２の母材に対し、連続溶接の進行方向と平行な方向において、相互に離間する方向に引張力が働いたことを想定したＣＡＥ解析の結果を示す図である。 溶接ビード部分のＣＡＥ解析結果を示すための、図１２のＦ矢視図である。 図１２の部分Ｇの部分拡大図である。

（第１の実施形態）
本発明に係るレーザ溶接方法の第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、第１の母材１と第２の母材２とを、本実施形態に係るレーザ溶接方法を用いて接合した状態を示す図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

第１の母材１と第２の母材２とは、例えば鉄道車両の構体を構成する骨部材である。第１の母材１は、厚みが１．５ｍｍの平板状に形成されており、材質は、例えばステンレス鋼である。第２の母材２は、厚みが２ｍｍの平板状に形成されており、材質は、例えばステンレス鋼である。なお、第１の母材１および第２の母材２の厚みは一例であり、上記数値に限定されるものでない。また、第１の母材１および第２の母材２の材質は、ステンレス鋼に限定されるものでなく、鉄等であっても良い。

第２の母材２の上に第１の母材１が重ねて配置されている。そして、その重なった部分において、第１の母材１の側からレーザを照射することで、長手方向に沿った矢印Ｙの方向に連続溶接が行われ、所定の第１位置６から所定の第２位置７まで溶接ビード３が形成されている。この溶接ビード３の幅方向の大きさは約１ｍｍであるが、これに限定されるものでなく、第１の母材１と第２の母材２の接合部分の強度確保に必要な大きさに適宜調整される。また、所定の第１位置６および所定の第２位置７とは、第１の母材１と第２の母材２の接合部分の強度確保に必要な溶接長Ｌ１１（溶接ビード３の長さ）を得るために、任意に定められる位置である。また、溶接ビード３は、貫通溶接により、図２に示すように、母材１，２の厚み方向において、第１の母材１の表面から第２の母材２の裏面まで形成されているものとする。

溶接ビード３の、連続溶接の進行方向（矢印Ｙの方向）の両端部のうち、溶接ビード３の、連続溶接の進行方向（矢印Ｙの方向）の後方側の端部３１に隣接して、直径が約１０ｍｍの第１の丸穴４（第１の略円形穴の一例）が設けられている。第１の丸穴４は、第１の母材１および第２の母材２を、厚み方向に貫通している。さらに、溶接ビード３の、連続溶接の進行方向（矢印Ｙの方向）の前方側の端部３２に隣接して、直径が約１０ｍｍの第２の丸穴５（第２の略円形穴の一例）が設けられている。第２の丸穴５は、第１の母材１および第２の母材２を、厚み方向に貫通している。なお、上記した第１の丸穴４と第２の丸穴５の直径はあくまで一例であり、溶接ビード３の幅方向の大きさの２倍を超える大きさで、第１の母材１と第２の母材２の強度確保が可能な範囲で可能な限り大きい直径であることが望ましい。

以上のように接合されている第１の母材１および第２の母材２について、以下に接合するための工程について説明する。ここで、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１の母材１と第２の母材２とを接合するための工程について説明する図である。

まず、図３（ａ）に示すように、第２の母材２の上に、第１の母材１を重ねて配置する。図中、第１位置６から第２位置７までの距離が、得ようとする溶接長Ｌ１１（すなわち、得ようとする溶接ビード３の長さ）である。そして、第１の母材１の側からレーザを照射し、第１位置６よりも連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）において手前側の所定の始点８から、第２位置７よりも連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）において奥側の所定の終点９まで、連続溶接を行う。

この連続溶接により、図３（ｂ）に示すように、始点８から終点９までの間において、加工前溶接ビード１３が形成される。この加工前溶接ビード１３の長さ（溶接長Ｌ２１）は、得ようとする溶接長Ｌ１１よりも、始点８から第１位置６までの距離および第２位置７から終点９までの距離の分だけ長く形成されている。

次に、図３（ｃ）に示すように、例えばドリル等により、第１の母材１および第２の母材２に穴あけを行うことで、第１の母材１および第２の母材２を厚み方向に貫通する第１の丸穴４および第２の丸穴５を設ける。第１の丸穴４が設けられることで、加工前溶接ビード１３の始点８の側の第１端部１３１が切除されている。さらに、第２の丸穴５が設けられることで、加工前溶接ビード１３の終点９の側の第２端部１３２が切除されている。一般的に、レーザ溶接による連続溶接を行った場合、溶接ビードの連続溶接の進行方向における両端部は先細りした形状なる。加工前溶接ビード１３の第１端部１３１および第２端部１３２も同様に先細り形状となるが、加工前溶接ビード１３は、第１端部１３１および第２端部１３２が切除されることで、先細りしている部分が取り除かれる。なお、第１の丸穴４および第２の丸穴５の内周の表面粗さは、丸穴４，５の内周に角が残っていたり、バリが残っていたりしない程度で良く、精度の高いものでなくともよい。

加工前溶接ビード１３は、第１端部１３１および第２端部１３２が切除されることで、第１位置６および第２位置７までの間に延伸する溶接ビード３になる。したがって、切除される第１端部１３１および第２端部１３２の大きさは、必要な溶接長Ｌ１１（溶接ビード３の長さ）を得られるよう、適宜調整される。

加工前溶接ビード１３の、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部（第１端部１３１および第２端部１３２）は先細りした形状であり、最も強度が弱い部分である。この最も強度が弱い部分が、第１の丸穴４および第２の丸穴５により取り除かれた状態で、溶接ビード３が形成されるため、溶接ビード３に連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、十分な接合強度を確保することが可能である。

また、溶接ビード３の連続溶接（矢印Ｙ）の進行方向における両端部に負荷される荷重は、第１の丸穴４および第２の丸穴５により分散されるため、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部への応力集中が緩和される。よって、溶接ビード３に連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、十分な接合強度を確保することが可能である。

以下に、溶接ビード３に連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向の荷重が負荷された場合のＣＡＥ解析結果について説明する。図４は、第１の母材１と第２の母材２に対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向において、相互に離間する方向に引張力が働いたことを想定したＣＡＥ解析の結果を示す図である。具体的には、第１の母材１は、第２の母材２と接合されている側とは反対側の端部を把持された状態で矢印Ｆ１１に示す方向に引張荷重を負荷され、第２の母材２は、第１の母材１と接合されている側とは反対側の端部を把持された状態で矢印Ｆ１２に示す方向に引張荷重を負荷された場合を想定しており、引張荷重は５ｋＮである。この引張荷重は、鉄道車両の構体等を構成する骨部材に負荷される荷重を想定したものである。また、図５は、溶接ビード３部分のＣＡＥ解析結果を示すための、図４のＢ矢視図である。図６は、図４の部分Ｃの部分拡大図である。ＣＡＥ解析結果における矢印の向きは、応力の方向を示しており、矢印の濃淡によりその応力値が示されている。

ＣＡＥ解析の結果、図５に示すように、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の両端部のうち、第１位置６側の端部に、せん断応力の最大値２１８．９ＭＰａ、引きはがし応力の最大値６４．６ＭＰａが示され、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の中央部近傍に長手方向応力の最大値２１．９ＭＰａが示されている。また、図６に示すように、第１の母材１の、第２の丸穴５脇に、主応力の最大値４２４ＭＰａが示されている。

図５に示すＣＡＥ解析結果において、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の両端部のうちの一端に、せん断応力の最大値および引きはがし応力の最大値が示されている点は、従来技術におけるＣＡＥ解析結果（図１３参照）と同様である。しかし、従来技術におけるせん断応力の最大値が２７８．８ＭＰａであったのに対し、図５に示すＣＡＥ解析結果では、せん断応力の最大値が約２０％低下している。また、従来技術における引きはがし応力の最大値が８９．１ＭＰａであったのに対し、図５に示すＣＡＥ解析結果では、引きはがし応力の最大値が約２７％低下している。さらに、従来技術における長手方向応力の最大値は、溶接ビード９３の連続溶接の進行方向の両端部のうちの一端（終点位置９２側の端部）に示されていたが（図１３参照）、図５に示すＣＡＥ解析結果では、長手方向応力の最大値が示されているのは、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の両端部のうちの一端ではなく、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の中央部近傍に示されている。これに加え、従来技術における長手方向応力の最大値が４５．４ＭＰａであったのに対し、図５に示すＣＡＥ解析結果では、長手方向応力の最大値が約５０％低下している。以上のように、ＣＡＥ解析により、従来に比べ、溶接ビード３への応力集中が緩和されていることが確認できた。

また、従来技術においては、図１４に示すように、第１の母材１の、溶接ビード９３の終点位置９２側の端部近傍に、主応力の最大値３８６ＭＰａが示されていた。これに対し、図６に示すＣＡＥ解析結果では、最大値の上昇は見られるものの、その最大値が示される位置は、溶接ビード３の端部近傍ではなく、第２の丸穴５脇であるため、溶接ビード３に負荷される荷重は軽減されているものと考えられる。

以上説明したように、第１の実施形態に係るレーザ溶接方法は、
（１）第１の母材１と第２の母材２との重なった部分において、第１の母材１または第２の母材２の側からレーザを照射する連続溶接により、所定の第１位置６から所定の第２位置７まで溶接ビード３を形成することで、第１の母材１と第２の母材２とを重ね継手溶接するレーザ溶接方法において、第１位置６よりも連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）において手前側の所定の始点８から、第２位置７よりも連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）において奥側の所定の終点９まで連続溶接を行うことで、始点８から終点９までの加工前溶接ビード１３を形成し、第１の母材１および第２の母材２を、厚み方向に貫通するとともに、加工前溶接ビード１３の始点８の側の第１端部１３１を取り除く第１の略円形穴（例えば、第１の丸穴４）と、第１の母材１および第２の母材２を、厚み方向に貫通するとともに、加工前溶接ビード１３の終点９の側の第２端部１３２を取り除く第２の略円形穴（例えば、第２の丸穴５）と、を設けること、加工前溶接ビード１３は、第１端部１３１および第２端部１３２が取り除かれることで、第１位置６から第２位置７までの溶接ビード３になること、を特徴とする。なお、所定の第１位置６および所定の第２位置７とは、第１の母材１と第２の母材２の接合部分の強度確保に必要な溶接長Ｌ１１（溶接ビード３の長さ）を得るために、任意に定められる位置である。

（１）に記載のレーザ溶接方法によれば、第１位置６よりも連続溶接の進行方向において手前側の所定の始点８から、第２位置７よりも連続溶接の進行方向において奥側の所定の終点９まで連続溶接を行うことで、第１の母材１と第２の母材２の接合部分の強度確保に必要な溶接長Ｌ１１（溶接ビード３の長さ）よりも長さの長い加工前溶接ビード１３を得られる。そして、加工前溶接ビード１３の、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部（第１端部１３１および第２端部１３２）は先細りした形状となり、最も強度が弱い部分である。この部分を、第１の母材１および第２の母材２を貫通する第１の略円形穴（例えば、第１の丸穴４）および第２の略円形穴（例えば、第２の丸穴５）により取り除くことで、所定の第１位置６から所定の第２位置７までの溶接ビード３が形成される。最も強度が弱い部分が取り除かれた状態で、溶接ビード３が形成されるため、溶接ビード３に連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、十分な接合強度を確保することが可能である。

また、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部に負荷される荷重は、第１の略円形穴（例えば、第１の丸穴４）および第２の略円形穴（例えば、第２の丸穴５）により分散されるため、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）における両端部への応力集中が緩和される。よって、溶接ビード３に連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向の荷重が負荷された場合でも、十分な接合強度を確保することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、第１の実施形態と異なる点のみ説明する。上に説明した第１の実施形態における第１の母材１および第２の母材２は、平板状の部材として説明している。第１の母材１および第２の母材２が平板状の部材である場合に、接合された第１の母材１と第２の母材２に対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向において、相互に異なる方向に引張力（矢印Ｆ１１，Ｆ１２（図４参照））が働くと、第１の母材１および第２の母材２には、接合された部分を中心に、曲げモーメントが働く。これにより、第１の母材１および第２の母材２は、曲がろうとし、溶接ビード３に荷重が負荷されるおそれがある。そこで、第１の母材１および第２の母材２を平板状とするのではなく、図７に示すように、第１の母材１および第２の母材２に対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して平行に延伸するリブ１１，１２を設けることとしても良い。

図７に示す第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａのそれぞれは、例えば平板材を曲げ成形することで、断面コの字形に形成されており、幅方向（連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に直交する方向）の両端部にリブ１１，１２を備えている。これにより、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａは曲げ強度が向上される。なお、リブ１１の高さは、第１の母材１Ａの表面から約１０ｍｍであり、リブ１２の高さも同様に、第２の母材２Ａの表面から約１０ｍｍである。ただし、このリブ１１，１２の高さはあくまで一例であり、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａに必要な曲げ強度や、第１の母材１Ａおよび第２Ａの母材２が設置されるスペース（例えば、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａが鉄道車両の構体を構成する骨部材であれば、当該構体内で設置されるスペース）等を考慮して、適宜設定される。

リブ１１，１２により、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａの曲げに対する強度が確保されることで、溶接ビード３に負荷される荷重を緩和することが可能である。

以下に、溶接ビード３に連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向の荷重が負荷された場合のＣＡＥ解析結果について説明する。図８は、第１の母材１Ａと第２の母材２Ａに対し、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）と平行な方向において、相互に離間する方向に引張力が働いたことを想定したＣＡＥ解析の結果を示す図である。具体的には、第１の母材１Ａは、第２の母材２Ａと接合されている側とは反対側の端部を把持された状態で矢印Ｆ１１に示す方向に引張荷重を負荷され、第２の母材２Ａは、第１の母材１Ａと接合されている側とは反対側の端部を把持された状態で矢印Ｆ１２に示す方向に引張荷重を負荷された場合を想定しており、引張荷重は５ｋＮである。この引張荷重は、鉄道車両の構体等を構成する骨部材に負荷される荷重を想定したものである。また、図９は、溶接ビード３部分のＣＡＥ解析結果を示すための、図８のＤ矢視図である。図１０は、図８の部分Ｅの部分拡大図である。ＣＡＥ解析結果における矢印の向きは、応力の方向を示しており、矢印の濃淡によりその応力値が示されている。

ＣＡＥ解析の結果、図９に示すように、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の両端部のうち、第２位置７側の端部に、せん断応力の最大値１９６．５ＭＰａが示され、第１位置６側の端部に、引きはがし応力の最大値３８．０ＭＰａが示されている。また、溶接ビード３の連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）の中央部近傍に長手方向応力の最大値２４．８ＭＰａが示されている。また、図１０に示すように、第１の母材１Ａの、第２の丸穴５脇に、主応力の最大値２８０ＭＰａが示されている。

それぞれの応力の値を、第１の実施形態におけるＣＡＥ解析結果と比べると、長手方向応力の最大値は、約１３％の上昇がみられるものの、せん断応力の最大値は、約１０％低下し、引きはがし応力の最大値は、約４１％低下し、主応力の最大値は、約３４％低下しているため、総じて溶接ビード３へ負荷される荷重は、より緩和されていることが確認できる。

なお、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａのそれぞれは、必ずしも幅方向の両端部に、リブ１１，１２を備える必要はなく、幅方向の両端部のうち、一方の端部にリブを設けるものとしても良い。また、リブを設ける位置は、必ずしも端部でなくとも良く、続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して平行に延伸するものであれば、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａ中のどこに設けても良い。

以上説明したように、第２の実施形態に係るレーザ溶接方法は、
（２）（１）に記載のレーザ溶接方法において、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａのそれぞれは、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して平行に延伸するリブ１１，１２を、少なくとも１つ備えること、を特徴とする。

（３）（２）に記載のレーザ溶接方法において、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａのそれぞれは、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に直交する方向の両端部に、リブ１１，１２を備え、断面コの字形に形成されていること、を特徴とする。

例えば、接合された第１の母材１Ａと第２の母材２Ａに対し、連続溶接の進行方向と平行な方向において、相互に異なる方向に引張力（矢印Ｆ１１，Ｆ１２）が働いた場合、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａには、接合された部分を中心に、曲げモーメントが働く。これにより、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａは、曲がろうとし、溶接ビード３に荷重が負荷される。（２）または（３）に記載のレーザ溶接方法によれば、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａのそれぞれが、連続溶接の進行方向（矢印Ｙ）に対して平行に延伸するリブ１１，１２を備えることで、第１の母材１Ａおよび第２の母材２Ａの、曲げに対する強度が確保される。これにより、溶接ビード３に負荷される荷重を緩和することが可能である。

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、上記した実施形態において、第１の丸穴４を第１の略円形穴として説明し、第２の丸穴５を第２の略円形穴として説明しているが、穴の内周に角部がない穴であれば良く、例えば、楕円状の穴であっても良い。また、第１の母材１、１Ａおよび第２の母材２、２Ａを板材または断面コの字形の部材として説明しているが、形状はこれらに限定されない。例えば、断面ハット形、断面Ｚ形の部材であっても良い。

１ 第１の母材
１Ａ 第１の母材
２ 第２の母材
２Ａ 第２の母材
３ 溶接ビード
４ 第１の丸穴（第１の略円形穴の一例）
５ 第２の丸穴（第２の略円形穴の一例）
６ 第１位置
７ 第２位置
８ 始点
９ 終点
１３ 加工前溶接ビード
１３１ 第１端部
１３２ 第２端部

上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接方法は、次のような構成を有している。
（１）第１の母材と第２の母材との重なった部分において、前記第１の母材または前記第２の母材の側からレーザを照射する連続溶接により、所定の第１位置から所定の第２位置まで溶接ビードを形成することで、前記第１の母材と前記第２の母材とを重ね継手溶接するレーザ溶接方法において、前記第１位置よりも前記連続溶接の進行方向において手前側の所定の始点から、前記第２位置よりも前記連続溶接の進行方向において奥側の所定の終点まで前記連続溶接を行うことで、前記始点から前記終点までの加工前溶接ビードを形成し、前記第１の母材および前記第２の母材を、厚み方向に貫通するとともに、前記加工前溶接ビードの前記始点の側の第１端部を取り除く第１の略円形穴と、前記第１の母材および前記第２の母材を、厚み方向に貫通するとともに、前記加工前溶接ビードの前記終点の側の第２端部を取り除く第２の略円形穴と、を設けること、加工前溶接ビードは、第１の略円形穴により第１端部が取り除かれ、かつ、第２の略円形穴により第２端部が取り除かれることで、加工前溶接ビードの連続溶接の進行方向の両端部の先細り部が全て取り除かれ、第１位置から第２位置までの前記溶接ビードになること、第１の母材と第２の母材に負荷される荷重の方向と前記連続溶接の進行方向とが平行であること、を特徴とする。なお、所定の第１位置および所定の第２位置とは、第１の母材と第２の母材の接合部分の強度確保に必要な溶接長（溶接ビードの長さ）を得るために、任意に定められる位置である。また、略円形穴とは、例えば、丸穴や楕円状の穴であり、穴の内周に角部がないものを意味する。

（２）（１）に記載のレーザ溶接方法において、前記第１の母材および前記第２の母材のそれぞれは、前記連続溶接の進行方向および第１の母材と第２の母材に負荷される荷重の方向に対して平行に延伸するリブを、少なくとも１つ備えること、を特徴とする。

Claims (3)

1. 第１の母材と第２の母材との重なった部分において、前記第１の母材または前記第２の母材の側からレーザを照射する連続溶接により、所定の第１位置から所定の第２位置まで溶接ビードを形成することで、前記第１の母材と前記第２の母材とを重ね継手溶接するレーザ溶接方法において、
   前記第１位置よりも前記連続溶接の進行方向において手前側の所定の始点から、前記第２位置よりも前記連続溶接の進行方向において奥側の所定の終点まで前記連続溶接を行うことで、前記始点から前記終点までの加工前溶接ビードを形成し、
   前記第１の母材および前記第２の母材を、厚み方向に貫通するとともに、前記加工前溶接ビードの前記始点の側の第１端部を取り除く第１の略円形穴と、前記第１の母材および前記第２の母材を、厚み方向に貫通するとともに、前記加工前溶接ビードの前記終点の側の第２端部を取り除く第２の略円形穴と、を設けること、
   前記加工前溶接ビードは、前記第１端部および前記第２端部が取り除かれることで、前記第１位置から前記第２位置までの前記溶接ビードになること、
   を特徴とするレーザ溶接方法。
2. 請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第１の母材および前記第２の母材のそれぞれは、前記連続溶接の進行方向に対して平行に延伸するリブを、少なくとも１つ備えること、
   を特徴とするレーザ溶接方法。
3. 請求項２に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第１の母材および前記第２の母材のそれぞれは、前記連続溶接の進行方向に直交する方向の両端部に、前記リブを備え、断面コの字形に形成されていること、
   を特徴とするレーザ溶接方法。

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